Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
оксоглутаратдегидрогеназа
Идентификаторы
ЕС нет.1.2.4.2
№ CAS9031-02-1
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Комплекс оксоглутаратдегидрогеназы ( OGDC ) или комплекс α-кетоглутаратдегидрогеназы представляет собой ферментный комплекс, наиболее широко известный своей ролью в цикле лимонной кислоты .

Единицы [ править ]

Подобно пируватдегидрогеназному комплексу (PDC), этот фермент образует комплекс, состоящий из трех компонентов:

Ед. измНомер ЕСИмяГенКофактор
E 1EC 1.2.4.2оксоглутаратдегидрогеназаOGDHтиаминпирофосфат (TPP)
E 2EC 2.3.1.61дигидролипоилсукцинилтрансферазаDLSTлипоевая кислота , коэнзим А
E 3EC 1.8.1.4дигидролипоилдегидрогеназаDLDFAD , NAD
Механизм OGDH E1-TPP включает образование стабилизированного карбанионного интермедиата.

Были охарактеризованы три класса этих мультиферментных комплексов: один специфичен для пирувата , второй специфичен для 2-оксоглутарата и третий специфичен для α-кетокислот с разветвленной цепью . Комплекс оксоглутаратдегидрогеназы имеет ту же структуру субъединиц и, следовательно, использует те же коферменты, что и комплекс пируватдегидрогеназы и комплекс дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью (TTP, CoA, липоат, FAD и NAD). Только субъединица E3 является общей для трех ферментов. [1]

Свойства [ править ]

Метаболические пути [ править ]

Этот фермент участвует в трех различных путях:

  • Цикл лимонной кислоты (ссылка KEGG: MAP00020 )
  • Разложение лизина (ссылка KEGG: MAP00310 )
  • Метаболизм триптофана (ссылка KEGG: MAP00380 )

Кинетические свойства [ править ]

Следующие значения взяты из Azotobacter vinelandii  (1) :

  • K M : 0,14 ± 0,04 мМ
  • V макс  : 9 ± 3 мкмоль.мин -1. Мг -1

Цикл лимонной кислоты [ править ]

Реакция [ править ]

Реакция, катализируемая этим ферментом в цикле лимонной кислоты:

α-кетоглутарат + NAD + + CoA → Succinyl CoA + CO 2 + NADH
Оксоглутаратдегидрогеназа (α-кетоглутаратдегидрогеназа)

Эта реакция проходит в три этапа:

  • декарбоксилирование α-кетоглутарата,
  • восстановление НАД + до НАДН,
  • и последующий перенос в КоА , который образует конечный продукт, сукцинил-КоА .

ΔG ° ' для этой реакции составляет -7,2 ккал моль -1 . Энергия, необходимая для этого окисления, сохраняется при образовании тиоэфирной связи сукцинил-КоА .

Регламент [ править ]

Оксоглутаратдегидрогеназа является ключевой контрольной точкой в ​​цикле лимонной кислоты. Он ингибируется его продуктами, сукцинил-КоА и НАДН . Большой энергетический заряд в ячейке также будет тормозить. Ионы АДФ и кальция являются аллостерическими активаторами фермента.

Контролируя количество доступных восстанавливающих эквивалентов, генерируемых циклом Кребса , оксоглутаратдегидрогеназа оказывает регулирующий эффект на окислительное фосфорилирование и продукцию АТФ . [2] Восстанавливающие эквиваленты (такие как НАД + / НАДН) поставляют электроны, которые проходят через цепь переноса электронов окислительного фосфорилирования. Повышенные уровни активации оксоглутаратдегидрогеназы служат для увеличения концентрации НАДН по сравнению с НАД +. Высокие концентрации НАДН стимулируют увеличение потока за счет окислительного фосфорилирования.

В то время как увеличение потока через этот путь генерирует АТФ для клетки, этот путь также генерирует свободные радикалы в качестве побочного продукта, которые могут вызвать окислительный стресс в клетках, если их оставить для накопления.

Оксоглутаратдегидрогеназа считается окислительно-восстановительным датчиком в митохондриях и обладает способностью изменять уровень функционирования митохондрий, чтобы предотвратить окислительное повреждение. [3] В присутствии высокой концентрации свободных радикалов оксоглутаратдегидрогеназа подвергается полностью обратимому ингибированию, опосредованному свободными радикалами. [4] В крайних случаях фермент также может подвергаться полному окислительному ингибированию. [4]

Когда митохондрии обрабатываются избытком перекиси водорода , поток через цепь переноса электронов уменьшается, и производство НАДН прекращается. [4] [5] После поглощения и удаления источника свободных радикалов нормальная функция митохондрий восстанавливается.

Считается, что временное подавление функции митохондрий происходит из-за обратимого глутатионилирования домена Е2-липоакислоты оксоглутаратдегидрогеназы. [5] Глутатионилирование, форма посттрансляционной модификации , происходит во время повышенных концентраций свободных радикалов и может быть отменено после потребления перекиси водорода с помощью глутаредоксина . [4] Глутатионилирование «защищает» липоевую кислоту домена E2 от окислительного повреждения, что помогает избавить оксоглутаратдегидрогеназный комплекс от окислительного стресса.

Активность оксоглутаратдегидрогеназы отключается в присутствии свободных радикалов, чтобы защитить фермент от повреждения. Как только свободные радикалы потребляются клеткой, активность фермента снова включается через глутаредоксин. Снижение активности фермента во время окислительного стресса также служит для замедления потока через цепь переноса электронов, что замедляет производство свободных радикалов.

Помимо свободных радикалов и окислительно-восстановительного состояния митохондрий, активность оксоглутаратдегидрогеназы также регулируется соотношением АТФ / АДФ, соотношением сукцинил-КоА и КоА-SH и концентрацией кофакторов различных ионов металлов (Mg2 +, Ca2 +). [6] Многие из этих аллостерических регуляторов действуют на домен E1 ферментного комплекса, но все три домена ферментного комплекса могут контролироваться аллостерически. [7] Активность ферментного комплекса повышается за счет высоких уровней АДФ и Pi, Ca2 + и CoA-SH. Фермент ингибируется высокими уровнями АТФ, высокими уровнями НАДН и высокими концентрациями сукцинил-КоА. [7]

Стрессовая реакция [ править ]

Оксоглутаратдегидрогеназа играет роль в клеточной реакции на стресс. Ферментный комплекс подвергается вызванному стрессом временному подавлению при остром воздействии стресса. Период временного торможения вызывает более сильную реакцию повышающей регуляции, позволяя повышенному уровню активности оксоглутаратдегидрогеназы компенсировать воздействие острого стресса. [8] Острое воздействие стресса обычно на более низком, допустимом для клетки уровне.

Патофизиология может возникнуть, когда стресс становится кумулятивным или перерастает в хронический стресс. Реакция повышающей регуляции, возникающая после острого воздействия, может истощиться, если ингибирование ферментного комплекса станет слишком сильным. [8] Стресс в клетках может вызвать нарушение регуляции биосинтеза нейромедиатора глутамата . Токсичность глутамата в мозге вызвана накоплением глутамата во время стресса. Если активность оксоглутаратдегидрогеназы нарушена (нет адаптивной компенсации стресса), накопление глутамата не может быть исправлено, и могут возникнуть патологии головного мозга. Дисфункциональная оксоглутаратдегидрогеназа также может предрасполагать клетку к повреждению другими токсинами, которые могут вызвать нейродегенерацию . [9]

Патология [ править ]

2-Оксоглутаратдегидрогреназа - это аутоантиген, распознаваемый при первичном билиарном циррозе , форме острой печеночной недостаточности. Эти антитела, по- видимому, распознают окисленный белок , возникший в результате воспалительных иммунных реакций. Некоторые из этих воспалительных реакций объясняются чувствительностью к глютену . [10] Другие митохондриальные аутоантигены включают пируватдегидрогеназу и комплекс дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью , которые являются антигенами, распознаваемыми антимитохондриальными антителами .

Активность комплекса 2-оксоглутаратдегидрогеназы снижается при многих нейродегенеративных заболеваниях. Болезнь Альцгеймера , болезнь Паркинсона , болезнь Хантингтона , и надъядерный паралич все это связаны с повышенным уровнем окислительного стресса в головном мозге. [11] В частности, у пациентов с болезнью Альцгеймера активность оксоглутаратдегидрогеназы значительно снижена. [12] Это приводит к возможности того, что часть цикла TCA, ответственная за накопление свободных радикалов в головном мозге пациентов, является неисправным комплексом оксоглутаратдегидрогеназы. Механизм связанного с заболеванием ингибирования этого ферментного комплекса остается относительно неизвестным.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Маккартни, RG; Райс, Дж. Э .; Сандерсон, SJ; Буник, В .; Lindsay, H .; Линдси, Дж. Г. (11 сентября 1998 г.). «Взаимодействия субъединиц в комплексе альфа-кетоглутаратдегидрогеназы млекопитающих. Доказательства прямой ассоциации компонентов альфа-кетоглутаратдегидрогеназы и дигидролипоамиддегидрогеназы» . Журнал биологической химии . 273 (37): 24158–24164. DOI : 10.1074 / jbc.273.37.24158 . ISSN  0021-9258 . PMID  9727038 .
  2. ^ Треттер, L; Адам-Визи, V (2005). «Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа: мишень и генератор окислительного стресса» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 360 (1464): 2335–2345. DOI : 10.1098 / rstb.2005.1764 . PMC 1569585 . PMID 16321804 .  
  3. ^ McLain, AL; Сведа, Пенсильвания; Сведа, Л.И. (2011). «α-Кетоглутаратдегидрогеназа: митохондриальный окислительно-восстановительный датчик» . Свободно-радикальные исследования . 45 (1): 29–36. DOI : 10.3109 / 10715762.2010.534163 . PMC 3169906 . PMID 21110783 .  
  4. ^ а б в г Маклейн, Алабама; Кормье, П.Дж.; Кинтер, М; Сведа, Л.И. (2013). «Глутатионилирование α-кетоглутаратдегидрогеназы: химическая природа и относительная чувствительность кофактора липоевой кислоты к модификации» . Свободная радикальная биология и медицина . 0 : 161–169. DOI : 10.1016 / j.freeradbiomed.2013.03.020 . PMC 3883985 . PMID 23567190 .  
  5. ^ а б Эпплгейт, Массачусетс; Хамфрис, км; Сведа, Л.И. (2008). «Обратимое ингибирование альфа-кетоглутаратдегидрогеназы перекисью водорода: глутатионилирование и защита липоевой кислоты». Биохимия . 47 (1): 473–478. DOI : 10.1021 / bi7017464 . PMID 18081316 . 
  6. ^ Ци, Ф; Прадхан, РК; Даш, РК; Борода, Д.А. (2011). «Подробная кинетика и регуляция 2-оксоглутаратдегидрогеназы млекопитающих» . BMC Biochemistry . 12 (1): 53. DOI : 10,1186 / 1471-2091-12-53 . PMC 3195097 . PMID 21943256 .  
  7. ^ а б Струмило, S (2005). «Часто игнорируются факты о контроле над комплексом 2-оксоглутаратдегидрогеназы». Биохимия и молекулярная биология образования . 33 (4): 284–287. DOI : 10.1002 / bmb.2005.49403304284 .
  8. ^ а б Граф, А; Трофимова, Л; Лошинская, А; Мкртчян, Г; Строкина, А; и другие. (2012). «Повышение регуляции 2-оксоглутаратдегидрогеназы как стрессовая реакция». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 45 : 175–189. DOI : 10.1016 / j.biocel.2012.07.002 . PMID 22814169 . 
  9. ^ Гибсон, GE; Бласс, JP; Бил, MF; Буник, В. (2005). «Комплекс альфа-кетоглутарат-дегидрогеназа: посредник между митохондриями и окислительным стрессом при нейродегенерации». Молекулярная нейробиология . 31 : 43–63. DOI : 10,1385 / мин: 31: 1-3: 043 .
  10. ^ Леунг П.С., Россаро Л., Дэвис П.А. и др. (2007). «Антимитохондриальные антитела при острой печеночной недостаточности: последствия для первичного билиарного цирроза» . Гепатология . 46 (5): 1436–42. DOI : 10.1002 / hep.21828 . PMC 3731127 . PMID 17657817 .  
  11. ^ Ши, Q; Сюй, Н; Yu, H; и другие. (2011). «Инактивация и реактивация митохондриального α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса» . Журнал биологической химии . 286 (20): 17640–17648. DOI : 10.1074 / jbc.M110.203018 . PMC 3093839 . PMID 21454586 .  
  12. ^ Sorbi, S .; Bird, ED; Бласс, JP (1983). «Снижение активности комплекса пируватдегидрогеназы в головном мозге Хантингтона и болезни Альцгеймера». Энн Нейрол . 13 (1): 72–78. DOI : 10.1002 / ana.410130116 . PMID 6219611 . 
  • Буник, В; Westphal, AH; де Кок, А (2000). «Кинетические свойства комплекса 2-оксоглутаратдегидрогеназы из Azotobacter vinelandii свидетельствуют об образовании прекаталитического комплекса с 2-оксоглутаратом» . Eur J Biochem . 267 (12): 3583–91. DOI : 10.1046 / j.1432-1327.2000.01387.x . PMID  10848975 .
  • Буник В.И.; Струмило, S (2009). «Регулирование катализа в сотовой сети: метаболические и сигнальные последствия окислительного декарбоксилирования 2-оксоглутарата». Современная химическая биология . 3 (3): 279–290. DOI : 10.2174 / 187231309789054904 .
  • Буник В.И.; Ферни, AR (2009). «Метаболический контроль, осуществляемый реакцией 2-оксоглутаратдегидрогеназы: перекрестное сравнение перекрестка между производством энергии и ассимиляцией азота». Биохим. Дж . 422 (3): 405–421. DOI : 10.1042 / bj20090722 . PMID  19698086 .
  • Трофимова, Л .; Ловать, М .; Грозная, А .; Ефимова, Е .; Дунаева, Т .; Маслова, М .; Graf, A .; Буник, В. (2010). «Поведенческое влияние регуляции комплекса 2-оксоглутаратдегидрогеназы головного мозга с помощью синтетического фосфонатного аналога 2-оксоглутарата: влияние на роль комплекса в нейродегенеративных заболеваниях» . Международный журнал болезни Альцгеймера . 2010 : 749061. дои : 10,4061 / 2010/749061 . PMC  2964918 . PMID  21049004 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Оксоглутарат + дегидрогеназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)